JPH03169052A - パッケージ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、パッケージに関し、特に、加熱プロセスによ
って封著作業が行われるパッケージに適用して有効な技
術に関する。

〔従来の技術〕

たとえば、半導体集積回路装置の組立工程などにおいて
は、所望の機能を有する半導体素子を外部環境から保護
するなどの目的で、当該半導体素子をパッケージ内に封
入することが行われている。

このようなパッケージとしては、たとえば、所望の外部
接続端子構造が形成された基板と、この基板に封着され
るキャップとを半田やガラスなどを介して封着する構造
のものが知られている。

通常、半導体素子の封止に用いられるパッケージでは、
外力や温度などに影響されることなく、キャップとベー
スとの封着部の気密性を確保することが、内部の半導体
素子の信頼性を向上させるなどの観点から重要である。

このため、従来では、たとえば特開昭６０−１３６３４
５号公報などに開示されるように、プラスチックなどで
構成されるベースとキャップとの封着に、ゴム状弾性を
有する接着材を用いることにより、ベースとキャップに
作用する外力や熱変形を吸収する構造としたものがある
。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところが、上記の従来技術においては、ベースとキャッ
プとの封着に半田やガラスなどを用いる場合のように、
封著作業時に当該半田やガラスを溶融させるために加熱
処理が必要な場合に発生する後述のような問題には配慮
されていない。

すなわち、封著作業時の加熱によってバッケージ内の密
閉空間の気圧が上昇し、封着部において溶融状態となっ
た半田やガラスが上昇した内圧を受けてはみ出すことが
懸念され、封着部の気密不良や強度不足などの一因とな
り、パブケージおよび当該パッケージ内に封入される半
導体素子などの品質や信頼性の低下を招くという問題が
あった。

そこで、本発明の目的は、封着部の気密性および強度を
確保して、品質および信頼性を向上させることが可能な
パッケージを提供することにある。

本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本
明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう
。

〔課題を解決するための手段〕

本願において開示される発明のうち、代表的なものの概
要を簡単に説明すれば、下記のとおりである。

すなわち、請求項１記載の本発明のパッケージは、第１
の部材と第２の部材とを相互に封着して、対象物が封入
される密閉空間を構成するパッケージであって、第１お
よび第２の部材の少なくとも一方が、第１の素材と該第
１の素材よりも膨張率の大きな第２の素材とからなる複
合構造を呈するようにしたものである。

また、請求項３記載の本発明のパッケージは、第１の部
材と第２の部材とを相互に封着して、対象物が封入され
る密閉空間をｖ４戒するパッケージであって、第１およ
び第２の部材の少なくとも一方に、伸縮自在なベローズ
状構造を設けたものである。

また、請求項６記載の本発明のパッケージは、第１の部
材と第２の部材とを相互に封着して、対象物が封入され
る密閉空間を構成するパッケージであって、第１および
第２の部材の少なくとも一方に透孔が穿設され、当該透
孔を変形自在なばね状構造で閉塞するようにしたもので
ある。

また、請求項８記載の本発明のパッケージは、第１の部
材と第２の部材とを相互に封着して、対象物が封入され
る密閉空間を構成するパッケージであって、第１および
第２の部材の少なくとも一方に、温度上昇に伴って密閉
空間の容積を増加させる方向に変形するバイメタル構造
を設けたものである。

〔作用〕

上記した請求項１記載の本発明のパッケージによれば、
たとえば第Ｉの部材と第２の部材とを半田やガラスなど
によって封着すべく加熱する際に、当該第１の部材と第
２の部材とによって構威される密閉空間の容積が、第２
の素材の熱膨張によって大きくなるので、加熱時の密閉
空間の内圧の上昇が緩和され、封着部に介在する溶融状
態の半田やガラスが密閉空間の内圧によって外部に押し
出されることが防止される。これにより、封着部の気密
性および強度などが確保され、パッケージの品質および
信頼性が向上する。

また、上記した請求項３記載の本発明のパッケージによ
れば、たとえば第１の部材と第２の部材とを半田やガラ
スなどによって封着すべく加熱する際の密閉空間の内圧
の上昇に追随してベローズ状構造が伸張することにより
、当該内圧の上昇が緩和され、封着部に介在する溶融状
態の半田やガラスが密閉空間の内圧によって外部に押し
出されることが防止される。これにより、封着部の気密
性および強度などが確保され、パッケージの品質および
信頼性が向上する。

また、上記した請求項６記載の本発明のパッケージによ
れば、たとえば第１の部材と第２の部材とを半田やガラ
スなどによって封着すべく加熱する際の密閉空間の内圧
の上昇に追随してばね状構造が変形することにより、当
該内圧の上昇が緩和され、封着部に介在する溶融状態の
半田やガラスが密閉空間の内圧によって外部に押し出さ
れることが防止される。これにより、封着部の気密性お
よび強度などが確保され、パッケージの品質および信頼
性が向上する。

また、上記した請求項８記載の本発明のパフケ一ジによ
れば、たとえば第１の部材と第２の部材とを半田やガラ
スなどによって封着すべく加熱する際に、たとえば、第
１の部材としてのキャップの側壁部を構成するバイメタ
ル構造が樽形に膨らんで密閉空間の容積が増加するので
、密閉空間内の気体の熱膨張による内圧の上昇が緩和さ
れ、封着部に介在する溶融状態の半田やガラスが密閉空
間の内圧によっ゜Ｃ外部に押し出されることが防止され
る。これにより、封着部の気密性および強度などが確保
され、パッケージの品質および信頼性が向上する。

〔実施例１〕 以下、本発明の一実施例であるパッケージについて図面
を参照しながら詳細に説明する。

第１図は、本発明の一実施例であるパッケージの構造の
一例を示す模式図である。

本実施例では、パッケージの一例として半導体集積回路
装置の組立工程に用いられる場合について説明する。

本実施例のパッケージＡは、板状のベース１に、断面形
状が凹形のキャップ２を、たとえば半田や低融点ガラス
などからなる接着材層３を介して封着した構造となって
おり、内部には密閉空間４が構成されている。ベース１
およびキャップ２は、たとえばセラミックスなどの絶縁
性の素材で構成されている。

この密閉空間４の内部には、電極を兼ねる複数の半田バ
ンブ６を介してベース１に搭載された半導体素子５が収
容されており、外部の塵埃や湿気などから保護されてい
るとともに、ベースｌの内部に形成された図示しない配
線構造などを介して外部との間における電気信号や電力
の授受を行うようになっている。

半導体素子５の背面側は、たとえば半田などの放熱層７
によってキャップ２の内壁面に接続されており、動作時
に発生する熱が効率良くパッケージの外部に放散される
ように配慮されている。

この場合、セラミックスなどからなるキャップ２の側壁
部の途中には、全周にわたって、当該キャップ２を構成
するセラミックスよりも熱膨張率の嘉かに大きな物質か
らなる異材部８が一体に介設された複合構造を呈してい
る。

以下、本実施例のパッケージの封着工程の一例を説明す
る。

まず、ベースｌは、半導体素子５が複数の半田バンブ６
を介して予め搭載するとともに、キャップ２およびベー
ス１の封着領域の少なくとも一方には、半田または低融
点ガラスなどの接着材層３を形成してあく。また半導体
素子５の背面およびキャップ２の内壁面の少なくとも一
方には、たとえば半田などの放熱層７を構成する材料を
被着させておく。

そして、このようなベース１に対してキャップ２を重ね
合わせた状態で所望の押圧荷重をかげながら、加熱炉に
投入して所望の時間だけ加熱することにより、ベース１
とキャップ２との封着部に介在する半田やガラスなどか
らなる接着材層３を溶融状態にして当該封着部の全域に
いきわたらせ、ベースｌに対してキャップ２が気密に封
着された状態にするとともに、半導体素子５の背面とキ
ャップ２との隙間に介在する半田などを溶融させて当該
隙間を充満させ、放熱層７を形成する。

この時、パッケージＡの全体が加熱されるため、半導体
素子５が収容される密閉空間４の内部の気圧は熱膨張に
よって上昇することとなり、そのままでは、溶融状態で
封着部に介在する接着材層３が外部方向に押し出された
状態となって、封着部の気密性が損なわれることが懸念
される。

ところが、本実施例の場合には、この加熱に際して、キ
ャップ２の熱膨張率の大きな異材部８が、当該キャップ
２の高さ寸法が増大する方向に大きく熱膨張し、密閉空
間４の容積が増大して、当該密閉空間４の内部の気圧の
上昇が緩和される。

これにより、密閉空間４の内圧の上昇に起因して、たと
えば溶融状態の接着材層３が封着部位から外部に押し出
されたり、膨張した気体の一部が溶融状態の接着材層３
の一部を突き破って外部に吹き出す”吹き抜け″などを
生じて封着部の気密性や強度などが損なわれることが確
実に防止される。

この結果、パッケージ八の内部に封入された半導体素子
５の、塵埃や湿気などからの保護が確実に行われ、半導
体素子５およびパッケージ八の品質および信頼性が向上
する。

なお、上記の説明では、半導体素子５のベース１に対す
る搭載方法として、複数の半田バンブ６を用いた場合に
ついて説明したが、これに限らず、たとえば第２図に示
されるように、ベースｌに接着層９を介して固定された
半導体素子５ａの図示しない外部接続端子とベース１の
側に設けられて複数の図示しない配線構造との間に複数
のボンディング・ワイヤ１０を架設して接続するような
構造でもよいことは言うまでもない。

〔実施例２〕 第３図は、本発明の他の実施例であるパッケージＢの構
造を模式的に示す断面図である。

本実施例２の場合には、ベース１に対するキャップ２ａ
の封着端部に、当該キャップ２ａの高さ方向に伸縮自在
なベローズ状構造１１を形成し、加熱を伴う封著作業に
おける密閉空間４の内圧上昇を緩和するものである。

このペローズ状構造１１の一例を拡大して示したものが
第４図である。

同図に示されるように、本実施例２におけるベローズ状
構造１１は、たとえば半導体集積回路装置の製造プロセ
スなどで用いる薄膜形成技術およびフォトリングラフィ
技術などを用いて、クロム（Ｃｒ）などからなり、屈曲
した断面形状を有するとともに、相互に部分的に接合さ
れる複数のばね層１１ａを、シリコン酸化膜１ｌｂと交
互に積み重ねることで形成されており、半田などの接着
材層３との接合部は、当該接着材層３に対してなじみの
よいニッケル（Ｎｉ）などの接合層１１Ｃが形成されて
いる。

そして、シリコン酸化膜１ｌｂをエッチングによって選
択的に除去した後に、上述のような封着工程に供するこ
とにより、残存したばね層１１ａの弾性変形によってベ
ローズ状構造１１の大きｔ；伸縮変形を実現するもので
ある。

このように、本実施例２の場合には、キャップ２ａに設
けられたべローズ状構造１１が、封着作業時の加熱に際
して発生する密閉空間４の内圧の上昇に追随して密閉空
間４の容積が増加する方向に伸張変形し、当該内圧の上
昇が緩和される。

これにより、密閉空間４の内圧の上昇に起因して、たと
えば溶融状態の接着材層３が封着部位から外部に押し出
されたり、膨張した気体の一部が溶融状態の接着材層３
の一部を突き破って外部に吹き出す”吹き抜け”などを
生じて封着部の気密性や強度などが損なわれることが確
実に防止される。

この結果、パッケージ八の内部に封入された半導体素子
５の塵埃や湿気などからの保護が確実に行わ２Ｌ，半導
体素子５およびパッケージＡの品質および信頼性が向上
する。

なお、前記実施例１の場合と同様に、パッケージＢの内
部に封入される半導体素子５の実装形態としては、半田
バンブ６を用いるものに限らず第５図に示されるように
ボンディング・ワイヤ１０を用いる方式であってもよい
。

〔実施例３〕 第６図は、本発明の実施例３であるパッケージＣの構造
の一例を模式的に示す断面図である。

本実施例３の場合には、キャップ２ｂの一部に透孔１２
を穿設し、この透孔１２をばね状構造ｌ３によって閉塞
するようにしたものである。

すなわち、本実施例３のばね状構造１３は、たとえば、
第７図に示されるように、前記実施例２のベローズ状構
造１１と同様の薄膜形成技術などを用いて、キャップ２
ｂの一部を貫通して穿設された透孔１２の内部に、屈曲
した断面形状を有するとともに相互に部分的に接合され
る複数のばね層１３ａを、シリコン酸化膜１３ｂと交互
に積み重ねることで形成されている。

そして、シリコン酸化膜１３ｂをエッチングによって選
択的に除去した後に封着工程に供すること：：より、残
存したばね層１３ａの弾性変形によってばね状構造１３
の大きな伸縮変形を得るようにしている。

そして、このばね状構造１３が、封著作業時の加熱に際
して発生する密閉空間４の内圧の上昇に追随して密閉空
間４の容積が増加する方向に変形することにより、封著
作業時における密閉空間４の内圧の上昇が緩和され、前
記実施例２の場合と同様の効果を得ることができる。

なお、この実施例３の場合にも、パッケージＣの内部に
封入される半導体素子５ａの実装形態としては、半田バ
ンブ６を用いるものに限らず第８図に示されるようにボ
ンディング・ワイヤ１０を用５）で半導体素子５と外部
との間における電気信号や電力の授受を行わせるように
してもよい。

〔実施例４〕 第９図は、本発明の実施例４であるパッケージＤの構造
の一例を模式的に示す断面図である。

本実施例４の場合には、ベース１に封着されるキャップ
２Ｃの側壁部が、バイメタル構造１４をなすようにした
ものである。

すなわち、このバイメタル構造１４は、キャップ２Ｃの
側壁部の内側を構成する熱膨張率のより小さな要素片１
４ａと、この要素片１４ａよりも熱膨張率の大きな要素
片１４ｂとを溶接技術などによって一体にした構造とな
っている。

そして、封著作業時の加熱に際して、キャップ２Ｃのバ
イメタル構造１４の側壁部が、同図に破線で示されるよ
うな樟形に変形することにより、キャップ２Ｃとベース
１この間に形成される密閉空間４の容積が増加し、当該
密閉空間４の内圧の上昇が緩和されるものである。

これにより、密閉空間４の内圧の上昇に起因して、たと
えば溶融状態の接着材層３が封着部位から外部に押し出
されたり、膨張した気体の一部が溶融状態の接着材層３
の一部を突き破って外部に吹き出す”吹き抜け”などを
生じて封着部の気密性や強度ｆエどが損なわれることが
確実に防止される。

この結果、パッケージＤの内部に封入された半導体素子
５の塵埃や湿気などからの保護が確実に行われ、半導体
素子５およびパッケージＤの品質および信頼性が向上す
る。

なお、前記の各実施例の場合と同様に、パッケージＤの
内部に封入される半導体素子５ａの実装形態としては、
半田バンプ６を用いるものに限らず第１０図に示される
ようにボンディング・ワイヤ１０を用いる方式であって
もよい。

以上本発明者によってなされた発明を実施例に基づき具
体的に説明したが、本発明は前記実施例に限定されるも
のではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能
であることはいうまでもない。

たとえば、パッケージを構成するベースおよびキャップ
の構造、さらには、その内部に封入される半導体素子の
構造および実装形態などは前述の各実施例に例示したも
のに限定されない。

以上の説明では、主として本発明者によってなされた発
明をその背景となった利用分野である半導体集積回路装
置の組立技術に適用した場合について説明したが、これ
に限らず、加熱プロセスを経て得られる封着部に高い信
頼性を要求される一般のパッケージに広く適用できる。

〔発明の効果〕

本願において開示される発明のうち、代表的なものによ
って得られる効果を簡単に説明すれば、以下のとおりで
ある。

すなわち、請求項１記載の本発明になるパッケージは、
第１の部材と第２の部材とを相互に封着して、対象物が
封入される密閉空間を構成するパッケージであって、前
記第１および第２の部材の少なくとも一方が、第１の素
材と該第１の素材よりも膨張率の大きな第２の素材とか
らなる複合構造を呈しているため、たとえば第１の部材
と第２の部材とを半田やガラスなどによって封着すべく
加熱する際に、当該第１の部材と第２の部材とによって
構威される密閉空間の容積が、第２の素材の熱膨張によ
って大きくなるので、加熱時の密閉空間の内圧の上昇が
緩和され、封着部に介在する溶融状態の半田やガラスが
密閉空間の内圧によって外部に押し出されることが防止
される。これにより、封着部の気密性および強度などが
確保され、パッケージの品質および信頼性が向上する。

また、請求項３記載の本発明のパッケージは、第１の部
材と第２の部材とを相互に封着して、対象物が封入され
る密閉空間を構成するパッケージであって、前記第１お
よび第２の部材の少なくとも一方．に、伸縮自在なベロ
ーズ状構造を有しているので、たとえば第１の部材と第
２の部材とを半田やガラスなどによって封着すべく加熱
する際の密閉空間の内圧の上昇に追随してベローズ状構
造が伸張することにより、当該内圧の上昇が緩和され、
封着部に介在する溶融状態の半田やガラスが密閉空間の
内圧によって外部に押し出されることが防止される。こ
れにより、封着部の気密性および強度などが確保され、
パッケージの品質および信頼性が向上する。

また、請求項６記載の本発明のパッケージによれば、第
１の部材と第２の部材とを相互に封着して、対象物が封
入される密閉空間を構成するパッケージであって、前記
第１および第２の部材の少なくとも一方に透孔が穿設さ
れ、当該透孔を変形自在なばね状構造で閉塞してなる構
造であるため、たとえば第１の部材と第２の部材とを半
田やガラスなどによって封着すべく加熱する際の密閉空
間の内圧の上昇に追随してばね状構造が変形することに
より、当該内圧の上昇が緩和され、封着部に介在する溶
融状態の半田やガラスが密閉空間の内圧によって外部に
押し出されることが防止される。

これにより、封着部の気密性および強度などが確保され
、パッケージの品質および信頼性が向上する。

また、請求項８記載の本発明のパッケージによれば、第
１の部材と第２の部材とを相互に封着して、対象物が封
入される密閉空間を構成するパッケージであって、前記
第１および第２の部材の少なくとも一方に、温度上昇に
伴って前記密閉空間の容積を増加させる方向に変形する
バイメタル構造を備えているので、たとえば第１の部材
と第２の部材とを半田やガラスなどによって封着すべく
加熱する際に、たとえば、第１の部材としてのキャップ
の側壁部を構成するバイメタル構造が樽形に膨らんで密
閉空間の容積が増加することにより、密閉空間内の気体
の熱膨張による内圧の上昇が緩和され、封着部に介在す
る溶融状態の半田やガラスが密閉空間の内圧によって外
部に押し出されることが防止される。これにより、封着
部の気密性および強度などが確保され、パッケージの品
質および信頼性が向上する。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の実施例１であるパッケージの構造の
一例を示す模式図、 第２図はその変形例を示す模式図、 第３図は、本発明の実施例２であるパッケージの構造を
模式的に示す断面図、 第４図は、その一部を拡大して示す断面図、第５図は、
その変形例を示す断面図、 第６図は、本発明の実施例３であるパッケージの構造を
模式的に示す断面図、 第７図は、その一部を拡大して示す断面図、第８図は、
その変形例を示す断面図、 第９図は、本発明の実施例４であるパッケージの構造を
模式的に示す断面図、 第１０図は、その変形例を示す断面図である。 １・・・ベース（第１の部材）、２．２ａ．２ｂ，２ｃ
・・・キャップ（第２の部材）、３・・・接着材層、４
・・・密閉空間、５．５ａ・・・半導体素子（対象物）
、６・・・半田バンブ、７・・・放熱層、８・・・異材
部、９・・・接着層、１０・・・ボンディング・ワイヤ
、ｌ１・・・ベローズ状構造、ｌｌａ・・・ばね層、ｌ
ｌｂ・・・シリコン酸化膜、ｌｌｃ・・・接合層、１２
・・・透孔、１３・・・ばね状構造、１３ａ・・・ばね
層、１３ｂ・・・シリコン酸化膜、１４・・・バイメタ
ル構造、１４ａ．１４ｂ・・・要素片、Ａ．Ｂ．Ｃ，Ｄ
・・・パッケージ。 第 ｌ 図 第 ２ 図 １０：ボンテインク・ワづ７ 第 ５ 図 ６ １ 第 ７ 図 ２ｂ 第８ 図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、第１の部材と第２の部材とを相互に封着して、対象
   物が封入される密閉空間を構成するパッケージであって
   、前記第１および第２の部材の少なくとも一方が、第１
   の素材と該第１の素材よりも膨張率の大きな第２の素材
   とからなる複合構造を呈してなるパッケージ。 ２、前記第１および第２の部材が、それぞれキャップお
   よびベースであり、前記キャップの側壁部を前記第１の
   素材と第２の素材とからなる多重構造としたことを特徴
   とする請求項１記載のパッケージ。 ３、第１の部材と第２の部材とを相互に封着して、対象
   物が封入される密閉空間を構成するパッケージであって
   、前記第１および第２の部材の少なくとも一方に、伸縮
   自在なベローズ状構造を設けてなるパッケージ。 ４、前記第１および第２の部材が、それぞれキャップお
   よびベースであり、前記キャップの側壁部の一部を全周
   にわたって前記ベローズ状構造としたことを特徴とする
   請求項３記載のパッケージ。 ５、前記ベローズ状構造が、半導体集積回路装置の製造
   プロセスに用いられる多層膜形成技術を用いて形成され
   ることを特徴とする請求項３または４記載のパッケージ
   。 ６、第１の部材と第２の部材とを相互に封着して、対象
   物が封入される密閉空間を構成するパッケージであって
   、前記第１および第２の部材の少なくとも一方に透孔が
   穿設され、当該透孔を変形自在なばね状構造で閉塞して
   なるパッケージ。 ７、前記ばね状構造が、半導体集積回路装置の製造プロ
   セスに用いられる多層膜形成技術を用いて形成されるこ
   とを特徴とする請求項６記載のパッケージ。 ８、第１の部材と第２の部材とを相互に封着して、対象
   物が封入される密閉空間を構成するパッケージであって
   、前記第１および第２の部材の少なくとも一方に、温度
   上昇に伴って前記密閉空間の容積を増加させる方向に変
   形するバイメタル構造を設けてなるパッケージ。 ９、前記第１および第２の部材が、それぞれキャップお
   よびベースであり、前記キャップの側壁部を全周にわた
   って、前記バイメタル構造としたことを特徴とする請求
   項８記載のパッケージ。